灌溉设备信息化技术的应用研究

庞复添，梁 丹，陈前军

（广西水利电力职业技术学院，广西 南宁 530023）

0 引言

我国自古以来都是一个农业大国，农业作为第一产业其平稳运行是国家民生、经济良好发展的基本保障。二十大报告中明确提出要全面推进乡村振兴，加快建设农业强国，展示了打造与我国大国地位相称农业强国的信心与决心，为中国式农业农村现代化指明了方向。在农业生产中，灌溉工程的不断发展以及水资源的合理使用对于农产业的发展有着十分重大的意义，工程的运行维稳和管理还有灌溉质量的监控是其主要的工作内容，灌溉工程信息技术的应用也在随着社会的飞速发展而加大管理力度。通过建立完善的制度和完整的运作程序可以打破传统的管理模式，提升管理的效率，使得规划中的节水效果可以在实际的灌区灌溉中得以实现，从而降低用水成本，促进水资源的节约。

1 灌溉设备信息化的重要性

目前，灌区的主要灌溉设备一般由水泵、水肥一体机、管道以及各类喷头等组成。传统的灌溉方式是人工开启水泵，水经过管道自动输送到种植区，通过喷头进行浇灌，完成浇灌任务后再由人工关闭水泵。这种由简单的人工控制农作物浇灌时间和水量的方式，是一种比较粗放的使用管理方式，不能根据灌区及作物实际情况精准高效地控制水量，有可能造成农作物水多或水少的问题。而灌溉设备信息化就是在上述传统灌溉设备的基础上，增加了信息采集器（包括土壤湿度传感器、土壤温度传感器和土壤墒情传感器）和灌溉喷头控制器等设备，并将所有设备通过网络信息传输控制的方式纳入智慧灌溉系统进行统一管理。首先是布置在各个农作物种植区的信息采集器通过网络信号传输的方式，实时将农作物、土壤和天气等情况传输回智慧灌溉系统。其次，经过系统计算分析后，即可自动打开相应水泵进行水量运输。最后再由网络信号传输控制的方式，通过灌溉喷头控制器控制对应区域的喷头开启，使其在根据当下农作物的需水量来进行浇灌，在这过程中信息采集器也实时监测并反馈信息，从而控制水泵和喷头的关闭，这样就能通过设备信息化实现精准高效灌溉。

通过科学的方式将灌溉设备信息化，并运用到节水灌溉工程上，能够提高灌溉效率，准确地实现灌溉目标。信息技术在灌区水情方面的运用，能够准确地记录反馈水位、水量和流量等水利参数，以便于水资源的优化配置。对于农业灌溉的工作人员来说，了解灌区内作物的习性和生长状况是十分有必要的，信息技术实时数据的即时性和大数据的多样性，能够让工作人员更准确、更全面地掌握灌区内作物的生长状况，也让工作人员对不同的状态下的作物所做出的决策更有说服力。

而在节水灌溉方面的运用，工作人员通过对信息技术的应用，可以使灌溉设备的灌水量更精确，灌溉时间更合理，可以在用水情况上实现实时的监控和控制。实行信息化管理，通过创建网络监控系统并运用到灌区灌溉工程中，不仅可以全面管理和存储数据信息，还能实现资源共享，精准控制，节约成本[1]。除此之外先进的信息设备足以替代一部分人工，降低管理方面成本，增加人力资源集成度，实现工程项目节约成本的目标。

2 智慧灌溉系统建立的信息技术

对于智慧灌溉信息化系统的建设有两个核心的要求：首先是收集多年平均历史数据，包括灌区来水量、用水量、不同农作物的灌溉定额等，并对灌区长系列数据进行整理，获得满足灌区工作要求的历史资料，通过信息技术对此进行大数据处理分析和动态管理。其次是对于水资源的监控，可利用信息设备和技术，实现实时调度，便于管理。对于两个核心功能的建设是实现灌溉信息化技术系统的重要目标，使在灌溉中所有的资源都能得到有效发挥，是信息化技术的优势。为了便于这两个核心功能的实现，可采用分化的制度来建设，一是信息数据的采集和管理系统，另一个是调度管理水资源的系统，见图1。

图1 智慧灌溉信息化系统运行机制

在智慧灌溉系统中，对于灌区模型的建立，可以通过遥感和图片成像等信息化技术，对灌区地形和渠道进行技术采集并建立3D 模型，利用科技技术使信息在系统上实时传输。此外，系统还会全天候运作对灌区进行严密的监控，保证灌区的正常运作，一旦出现问题将会第一时间发现，并得到及时处理。另一个水力分析模块，包含降雨量、灌区地表和地下水来流量、渠道沿途损失水量等数据信息处理，依照水力学计算分析得出相关结果。最后在水资源管理系统模块，工作人员就可以针对不同水量和不同作物情况，结合实时天气信息，合理安排灌溉时间和控制用水量，对水资源的调度实现合理化，使灌溉效果趋于最佳化。与此同时，为了保证灌溉工作呈现出最好的效果，还可以根据系统对配水量的计算结果，在实际灌溉运用以前进行相应的实验和调整。

通过对基础网络的搭建和对基础数据库整理而建立成的智慧灌溉信息技术化系统，一定要对数据的质量严格把关。数据的真实准确性及时效性都是非常重要的，数据库的建立和设计是整个系统的基础，是系统得以完善的重中之重。数据库的结构精确合理，才能对信息数据进行高效率的管理和储存，整个灌溉系统中最基础的就是信息传输网络，数据的传送和分享都是通过网络进行的。

创设系统的实际实施过程中，要把计算机技术和监测技术作为基础。通过严格详细的实际调研，再按照实际灌溉所需，建立完整全面严谨的信息科技系统。系统建立完成后，进入工作的第一步应从对于灌区内部实际的信息采集开始，进而把所有已采集的信息输入到智慧灌溉的核心系统中，再运用相关的模块程序对其进行进一步的计算分析。根据所得到的分析结果，灌区工作人员再进行合理有科学依据的灌溉方案制定，得出最优的灌溉方案，便于决策人工作。

3 灌溉设备信息化的实际应用效果

3.1 数据信息更准确

灌溉设备信息科技化可以为灌区提供更加精准的大数据，还有更加先进的技术支持，可以从更大范围和更长时间跨度去更精确地分析灌区特点。由于地域和气候的不同，南方和北方的灌溉区也有着不小的差距，对于南方而言，南方多有梅雨季节，会有长期的大雨量降雨现象并伴随着洪涝灾害的危险，超长的雨季是灌溉区工程的一项重大的挑战，见图2。对于北方来说，雨水的不规律，没有预期性，突发暴雨的可能性很大，这种突发的强降雨现象更具北方特征，见图3。

图2 南方城市各月平均降水量

图3 北方城市各月平均降水量

而在目前的状况下，绝大多数的灌溉区域还是运用传统的电话进行信息的输送，在监测环节也是采用人工监测方式，因此采集到的数据量级和准确度都不高，并且还存在一定的滞后性。在科技时代来临的今天，运用信息科技技术可以从根本上到改善，信息技术系统的构建可以让数据传送的及时性和准确性都大大增加，实现灌区的现代化管理，节省人工，提高效率。因此，对信息化灌区系统的科学合理化创建就成为了一项重要任务，其可以妥善地解决传统落后的模式，并且在应对特大暴雨灾害、洪水灾害和旱灾等等的自然灾害问题上有着极大的优势。

在提倡环保节约用水的今天，对于水资源更合理的运用和更高效的配备是每个灌区都必需的，那么对于水资源的管理，信息系统的应用就可以给予很大技术支持，得到更合理优越的方案。在国家跨地区搭配帮扶发展的前提下，将灌溉设备信息科技化技术运用到水资源的优化部署，使整个系统程序更加灵活高效。以制度的不断创新和对政策的不断研究为基本的出发点，创建信息化的灌区管理系统，以保证灌区内的降水用水情形和工作情况都得到及时精确的掌握，大大地增加了工作设备的效能，使流程的运行更加的具有安全性和可信度，而且对于防洪抗旱等问题的水资源调动指挥工作都能提供更准确、更有依据的数据支持，使调度工作及时进行得到保障[2]。

3.2 提高水资源的高效利用

灌溉设备信息化对于灌区灌溉水量的提升效率和水资源的节约都有着不可忽视的作用，在智慧灌溉系统建立并运行之后，灌溉工程能得到质的提升。先进的科学技术可以使运行设施的效能发挥到最大，通过信息化手段预测未来一定时间内的来水量，结合灌区储水量和不同作物的耐旱性，根据社会实际需求，将水资源实现跨时间用水和跨地区用水，做到丰水期减少弃水，枯水期合理分配灌溉用水。除此之外，还能满足更多的灌区在水资源利用中的实际操作需求，改善了整个系统的收益均衡性，有力地响应了我国对于节约用水的号召，使水资源的利用更加高效，资源优化配置达到最大化。

智慧灌溉系统的建立对数据的透明化也产生了极大的促进作用，在灌区信息展示方面可以做到详细及时，这也能够使人们的节水意识加强，极大地体现了和增强了人民监督的作用。同时对于水资源的合理调用和分配，使灌溉中所产生的浪费极大减少，降低了废弃水的产生，是节约用水的最直接的体现。最后，灌区的智慧灌溉系统就是对于整个管理系统的科学化武装，实现管理模式的科学化，提升人民的节水观念。

3.3 提升管理者的管理水平

在实现信息化的系统的构建的基础上，首先要实现局域网的构造，以方便工作人员以局域网系统作为操作平台，展开对工作的深入学习和实际体验，大幅度提升工作效率，从根本上改变工作理念。先进科学的信息技术的应用，大大提高了灌区的管理水平，也能使工作的人员的工作理念得到转变，管理模式得到优化提升，灌区的管理力度得到增强，这是对灌溉行业的一次重大的改革。因为在信息化灌区的设备系统后，其运用的技术除了计算机通讯技术之外，还包含了当下大面积普及推广的互联网技术、办公自动化操控技术和遥感监测技术等。工作管理人员通过各种先进科技的结合运用，可以收集、分析、处理有用信息，为调度工作提供准确的技术支持，很大程度上实现了对于灌区情况的实时监测。

另外，做好灌区定期维护检修本是管理工作中必不可少的一个环节。但随着灌区灌溉设备信息化的使用，对于设备的管理不仅仅只是传统意义上的检修更换，还包括灌区智慧灌溉信息系统的升级改造及相关软件和硬件更新，让整个信息系统能够持续保有高精度的运行水平。

4 智慧灌溉系统建立的难点及对策

由于我国的国土面积大，所以地区之间的经济水平也有着极大的差别，一些地区由于相对偏远或者是其他因素发展并不是十分有力，造成了经济水平还比较落后。这个经济差异的特点直接阻碍了对我国对于智慧灌溉系统的推广和普及，所以在现阶段对于灌溉设备信息化的运用还是更广泛地存在于城市绿化设备和相对发达地区的农村之中。因此我们要从基础的设施设备开始着手，增大创建范围，使信息化覆盖更广，让更多的相对落后的地区也可以实现信息化，享受到先进的科技带来的方便[3]。

系统建立之初，对于灌区当地的地理环境和水情特征的前期考查也是不容忽视的，有的地域存在着严重的水土流失的问题，会对灌区信息中的地形地势和水量采集产生一定的数据误差，影响数据处理的准确性，进而使获取的数据和做出的决策有可能出现错误。所以为了保证当地的灌溉系统的持续正常运行，建立一套完善的灌区信息化系统，必须对建设方案进行因地制宜的改革规划，保证所有的工作都可以得到更好的落实。

与此同时，我们还可以建立培训监督机制，以满足各灌区和管理单位对智慧灌溉系统的了解和对存在问题反馈的需求，进而能够对系统进行调整升级。在方案设计之初要调查并尊重在基层用水单位所提出的意见，并对基层工作人员进行基础应用培训，不定时组织线上线下进阶培训和系统问题答疑，这样既可以方便系统建立完成之后相关人员可以快速顺利地开展工作，又能够对系统的运行维护起到一定的效果。

5 结语

智慧灌溉系统在灌区工程项目的运用，就是实现水资源的更高效的利用，响应了国家节约用水的号召，还能够实现灌区的更科学准确的调度，提升工程的工作效率。对于管理模式和灌溉条件的持续优化，节约了工程的工作成本。虽然灌溉设备信息化有着诸多优势，但是其进程也必须要循序渐进，不能急于一时。应以不同地域的情况为基准改革灌溉模式，对传统模式取其精华去其糟粕，从而实现灌溉的全面信息化。